集装箱底板是集装箱的重要组成部分和主要承载配件。传统的集装箱底板通常为28 mm 厚的多层胶合板，主要采用印尼、马来西亚等地产的大花龙脑香(Dipterocarpus gr and iflorus)，如阿必通(Apitong)、克隆(Clone)等热带优质硬阔叶材胶合板制成，每年需要消耗大量的木材(Newman et al., 1996; Rana et al., 2010; Kulas，2012)。据统计，20英尺(长6 058 mm，宽2 438 mm，高2 591 mm)的标准箱，其底板需要0.38 m³ 木材，按照2007 年世界集装箱产量392 万个计，共使用木材约149 万m³，相当于300 万株树林约50 年的热带树木(张双燕等，2011a)。然而，由于世界热带阔叶木材资源的减少和环保措施的实施，使得制备集装箱底板的木材原料来源受到限制，严重制约了集装箱底板生产的发展(言智刚，2009)。自东南亚诸国先后颁布了限制砍伐热带雨林的政策后，在世界范围内，掀起了研发集装箱底板替代材料的热潮，出现了钢、铝和复合材料等新型的集装箱底板材料(Rob et al., 2005;Roth，2008; Chen et al., 2008; 余良，2009; 芦嫁，2003)。20 世纪80 年代，我国集装箱底板生产企业和科研院所合作，利用我国资源丰富的竹子替代热带阔叶树材的研究和试验，成功地研发了全竹和竹木复合集装箱底板，并实现产业化示范，其物理力学性能如表 1 所示(Zhang et al., 2010; 张齐生等，1997; 张双燕等，2011b)。目前，在浙江、安徽和湖南等地已形成规模生产。

表1 几种集装箱底板的性能 Tab. 1 Properties of several different wood container floorings

表 1几种集装箱底板的性能 Tab.1Properties of several different wood container floorings 原料 Raw material 密度Density / ( g·cm － 3 ) MOR / MPa MOE / MPa BS / MPa 纵向 Longitude 横向 Transverse 纵向 Longitude 横向 Transverse 阿必通 Apitong 0.87 93.5 40.9 12 314 3 279 1.43 毛竹 / 落叶松 Moso bamboo / larch 0.88 108.6 43.9 11 184 4 105 2.04 毛竹 / 桦木 Moso bamboo / birch 0.87 99.0 — 12 905 — 1.45 毛竹 / 马尾松Moso bamboo / Masson pine 0.86 111.4 42.2 10 802 3 877 2.04 毛竹 / 杨木 Moso bamboo / poplars — 91.0 47.0 10 700 4 620 — 毛竹(全竹) Moso bamboo 0.78 ～ 0.92 129 ～ 161.2 48.3 ～ 61.1 9 218 ～ 11 976 3 151 ～ 4 600 3.28 ～ 3.8 GB / T 19356 —2004 ≥0.75 ≥85 ≥35 ≥1 000 ≥3 500 ≥1.70

虽然，我国全竹和竹木复合集装箱底板制造技术取得了突破性进展，但是，在竹基集装箱底板开发利用中仍然存在一些技术问题急需解决，主要包括以下2 方面: 一方面，组成单元仍然局限以竹篾、竹条为基本单元，至今尚无重大突破; 另一方面，竹青和竹黄的胶合问题未得到有效解决。上述的两大瓶颈导致了我国竹基集装箱底板90% 以上只能以毛竹为原料，并且利用率为40% ～ 50%(张建等，2006)，大量的小径竹和丛生竹得不到有效利用; 加工工艺复杂，劳动生产效率低，制造成本高; 以竹篾和竹条为单元的产品性能(密度、尺寸稳定性、霉变、腐朽等)不稳定。目前，竹集装箱底板无论是资源利用率和成本还是产品质量正逐渐失去竞争优势，因此开发新一代竹基集装箱底板成为刻不容缓的问题。

本研究拟以毛竹(Phyllostachys edulis)和绿竹(Dendrocalamopsis oldhami)为原料，酚醛树脂为胶黏剂，在不去竹青和竹黄的条件下，采用点裂和线裂纤维分离技术，将半圆竹筒分离形成由竹纤维束组成的网状结构的纤维化单板，经过工艺和结构设计，重点探讨不同密度对毛竹和绿竹竹基纤维复合集装箱底板性能的影响，并与传统阿必通、竹木和竹篾全竹集装箱底板的性能进行对比分析，以期为竹集装箱底板产业的升级和工业化生产提供借鉴和参考。

毛竹，产自福建建瓯，竹龄4 ～ 5 年，胸径80 ～100 mm，竹壁厚度8 ～ 12 mm。

绿竹，产自福建建瓯，竹龄4 ～ 5 年，胸径70 ～100 mm，竹壁厚度7 ～ 10 mm。

浸渍用低分子质量酚醛树脂(PF)胶: 北京太尔化工有限公司生产，固体含量45.59%，黏度36mPa·s，pH 10 ～ 11，水溶倍数7 ～ 8 倍。

工艺流程: 竹材原竹→剖分→疏解→干燥→浸胶→干燥→组坯→成型→后期处理。

将毛竹和绿竹锯截成2 500 mm长度的竹筒，沿纵向剖成2 个半圆竹筒，将半圆竹筒沿纵向送入疏解机(于文吉等，2009)，在疏解机疏解齿和摩擦辊作用下，使半圆竹筒展平;同时对竹青和竹黄表面进行切割、劈裂和挤压，使难以胶合的蜡质和硅质层或破坏或脱落; 并在竹筒壁上形成点状和线段状的裂纹，相邻的裂纹之间形成包含1 ～ 5 个维管束和若干个基本组织的纤维束，最终制成由竹纤维束交织而成的纤维化单板。将疏解后的纤维化单板在(80 ± 5)℃烘箱中干燥至含水率为6% ～ 7%。

将固体含量为45.59% 浸渍用低分子质量酚醛树脂胶稀释至固体含量为15%，将上述的纤维化单板置入稀释后的胶中浸泡5 min，取出，垂直放置5 ～ 10 min，使表面的胶黏剂不再滴落，将上述的纤维化单板在(50 ± 5)℃烘箱中干燥至含水率为10% ～ 11%。

按照表 2 设计的密度进行称量，按表 2 所示组坯方式采用手工铺装方法进行铺装，板材的幅面为800 mm × 800 mm × 28 mm。

表2 试验设计 Tab. 2 The experimental design

表 2试验设计 Tab.2The experimental design 竹种 Bamboo species 设计 DS Design DS /(g·cm-3) 层数 Number of plies / layer 组坯方式 Style of lay-up 闭合压力 Close pressure / MPa 闭合时间 Close time / min 0.80 7 ［0 /90 /0 /$\overline {90} $］ 2.1 8.5 毛竹 Moso bamboo 0.85 7 ［0 /90 /0 /$\overline {90} $］ 2.9 8.9 0.95 7 ［0 /90 /0 /$\overline {90} $］ 3.8 9.2 0.80 7 ［0 /90 /0 /$\overline {90} $］ 1.5 9.8 绿竹 D.O.bamboo 0.85 7 ［0 /90 /0 /$\overline {90} $］ 1.9 9.2 0.90 7 ［0 /90 /0 /$\overline {90} $］ 2.3 9.6

采用热进热出3 段降压工艺，热压温度150 ℃，热压时间30 min，板坯接触到热压板，计时开始，为了使闭合时间相同，根据预试验，2 种竹材不同密度板坯热压压力如表 2 所示，当热压板接触到厚度规后，保压5 min; 之后，将压力降至一半，保压10 min; 之后，再将压力降到0.5 MPa，保压到30 min; 之后，将压机张开，取出板坯，并在大气中平衡1 周。

利用上述小试的工艺参数，上、下表面层为绿竹纤维化单板，其他层为毛竹纤维化单板，采用［0 /90 /0 /$\overline {90} $］结构铺层方式，设计密度为0.90 g·cm^-3，幅面为2 600 mm × 1 300 mm × 28 mm，在福建篁城科技竹业有限公司25 层的热压机制备竹基纤维复合材料。

参照GB /T 19536—2004《集装箱底板用胶合板》锯取试件，并检测产品的密度(DS)、含水率(WC)、静曲强度(MOR)、弹性模量(MOE)、胶合强度(BS)和浸渍剥离等性能，每个检测项目从3 块独立的板材中每块取2 个试件，共6 个试件，结果取平均值。

集装箱使用过程中环境变化比较复杂，尺寸稳定性和吸湿性是衡量集装箱底板性能优劣的重要指标，尤其是将竹材分离成纤维束后制备而成的竹基纤维复合集装箱底板，本文采用规格为50 cm × 50cm 试件。在28 h 循环水煮处理过程中的吸水厚度膨胀率和吸水率作为评价指标进行评价，28 h 循环水煮处理: 将试件浸入(100 ± 2)℃沸水中煮4 h，取出后将试件分开平放在(63 ± 3)℃的鼓风干燥箱中干燥20 h，再浸入(100 ± 2)℃ 沸水中煮4 h，参照GB /T 17657—1999，检测上述3 个阶段试件的吸水厚度膨胀率(TS)和吸水率(WA)，检测时从3 块独立的板材中每块取2 个试件，共6 个试件，结果取平均值。

对不同密度的毛竹和绿竹竹基纤维复合集装箱底板的试件进行MOE和MOR 检测，结果如表 3 所示。

表3 毛竹和绿竹竹基纤维复合集装箱底板主要物理力学性能^① Tab. 3 The physics and mechanics properties of bamboo fiber-based composite containerfloorings made from moso bamboo and D.O.bamboo

表 3毛竹和绿竹竹基纤维复合集装箱底板主要物理力学性能① Tab.3The physics and mechanics properties of bamboo fiber-based composite containerfloorings made from moso bamboo and D.O.bamboo 竹种Bamboo species MC(%) 顺纹 Longitude 横纹 Transverse 判定 Judge DS /(g·cm-3) MOR / MPa MOE / MPa DS /(g·cm-3) MOR / MPa MOE / MPa 3.22 0.82 81(8.49) 11 163(5.33) 0.81 51(9.84) 6 554(6.75) 不合格 Unqualified 毛竹 Moso bamboo 2.94 0.88 104(7.08) 11 602(4.45) 0.85 65(8.32) 6 424(4.55) 合格 Qualified 2.84 0.95 123(6.71) 12 731(3.11) 0.94 89(6.98) 6 986(3.98) 合格 Qualified 3.67 0.82 113(8.90) 14 143(5.33) 0.81 65(6.78) 6 864(5.68) 合格 Qualified 绿竹 D.O bamboo 3.44 0.86 123(6.86) 14 104(3.95) 0.85 107(6.79) 8 126(5.34) 合格 Qualified 5.94 0.89 148(5.55) 17 618(3.40) 0.90 114(4.56) 10 236(4.33) 合格 Qualified ① 括号内为变异系数。Brackets for the coefficient of variation．

从表 3 可以看出，毛竹和绿竹竹基复合集装箱底板具有良好的物理力学性能，在密度等同的情况下，绿竹竹基纤维复合集装箱底板的MOR和MOE优于毛竹，随着密度的增加，2 种竹种竹基纤维复合集装箱底板的MOR和MOE 增加，绿竹的增加幅度高于毛竹，除了设计密度为0.80 g·cm^-3 的毛竹竹基纤维复合集装箱底板顺纹MOR 略小于集装箱底板性能指标之外，其他指标均超过了集装箱底板用胶合板性能指标要求。从表 1和表 3 可以看出，在密度等同(0.85 g·cm^-3)的情况下，采用毛竹和绿竹在不去竹青和竹黄的条件下，制造的竹基纤维复合集装箱底板，其MOR和MOE 均优于阿必通、竹木和全竹集装箱底板。

不同密度的毛竹和绿竹竹基纤维复合集装箱底板的胶合强度检测结果如表 4 所示。

表4 毛竹和绿竹竹基纤维复合集装箱底板胶合强度^① Tab. 4 The bonding strength of bamboo fiber-based composite containerfloorings made from moso bamboo and D.O.bamboo

表 4毛竹和绿竹竹基纤维复合集装箱底板胶合强度① Tab.4The bonding strength of bamboo fiber-based composite containerfloorings made from moso bamboo and D.O.bamboo 竹种Bamboo species 顺纹 Longitude 横纹 Transverse 判定Judge DS /(g·cm-3) BS / MPa DS /(g·cm-3) BS / MPa 平均 Means 最大 Max. 最小 Min. 平均 Means 最大 Max. 最小 Min. 0.82 1.11(26.63) 2.00 0.96 0.81 1.50(15.94) 1.36 0.96 不合格 Unqualified 毛竹 Moso bamboo 0.88 2.32(13.51) 2.68 1.94 0.85 2.39(17.11) 2.68 1.78 合格 Qualified 0.95 3.12(7.98) 3.55 2.76 0.94 3.24(8.68) 3.44 2.92 合格 Qualified 0.82 1.94(17.7) 2.25 1.80 0.81 1.96(18.48) 2.01 1.78 合格 Qualified 绿竹 D.O.bamboo 0.86 2.10(9.60) 2.36 1.89 0.85 2.15(8.78) 2.18 1.80 合格 Qualified 0.89 2.32(6.41) 2.06 3.14 0.90 2.50(5.25) 2.94 1.91 合格 Qualified ① 括号内为变异系数 。 Brackets for the coefficient of variation.

从表 4 可以看出，在不去竹青和竹黄的条件下，除了密度为0.80 g·cm^-3 的毛竹竹基复合集装箱底板达不到国标要求外，其他条件均超过国标对胶合强度指标大于1.70 MPa 的要求; 随着密度的增加，竹基纤维复合集装箱底板的胶合强度增大，胶合强度的变异系数减小，产品质量的均质化提高; 随着密度的增加，毛竹胶合强度的增加幅度大于绿竹，毛竹集装箱底板的木破率增加，绿竹集装箱底板的表板剥离率增加，其主要原因是绿竹的层间剪切强度小于毛竹。在不去除竹青和竹黄的条件下，通过将竹材纤维化后再复合，竹青和竹黄面具有良好的胶合性能，采用本技术可以有效地解决竹青和竹黄的胶合问题。

与阿必通集装箱底板相比，在密度相当的情况下，2种竹材的集装箱底板胶合强度远远大于阿必通胶合板的胶合强度，略大于毛竹/ 马尾松和毛竹/落叶松胶合板的胶合强度。

表 5 为2 种竹材不同密度竹纤维复合集装箱底板浸渍剥离性能。

表5 毛竹和绿竹竹基纤维复合集装箱底板浸渍剥离性能 Tab. 5 The immersion-peel properties of properties of bamboo fiber-basedcomposite container floorings made from moso bamboo and D.O.bamboo

表 5毛竹和绿竹竹基纤维复合集装箱底板浸渍剥离性能 Tab.5The immersion-peel properties of properties of bamboo fiber-basedcomposite container floorings made from moso bamboo and D.O.bamboo 竹种 Bamboo species DS /(g·cm-3) 顺纹 Longitude 横纹 Transverse 判定 Judge 0.82 75 46 不合格 Unqualified 毛竹 Moso bamboo 0.88 未开胶 Not open 未开胶 Not open 合格 Qualified 0.95 未开胶 Not open 未开胶 Not open 合格 Qualified 0.82 未开胶 Not open 15 合格 Qualified 绿竹 D.O.bamboo 0.86 未开胶 Not open 未开胶 Not open 合格 Qualified 0.89 未开胶 Not open 未开胶 Not open 合格 Qualified

从表 5 可以看出，在低密度条件下，无论绿竹和毛竹，均有一定的开胶现象，随着密度的增加，开胶现象减少，其浸渍剥离性能除了设计密度为0.80 g·cm^-3 的毛竹竹基复合集装箱底板达不到国标要求外，其他的均能达到国标浸渍剥离率小于1 /3 的要求。绿竹的浸渍剥离性能总体优于毛竹，其主要原因是在进行纤维化时，绿竹的纤维化性能优于毛竹，分离后的纤维束更均匀细致，因此，在进行重组复合时，胶层的胶合性能更好。

表 6 为不同密度毛竹和绿竹竹基纤维复合集装箱底板分别经过28 h 循环水煮处理过程中3 个阶段的吸水厚度膨胀率和吸水率。

表6 毛竹和绿竹竹基纤维复合集装箱底板尺寸稳定性和耐水性能 Tab. 6 The dimensional stability and durability of bamboo fiber-based compositecontainer floorings made from moso bamboo and D.O.bamboo

表 6毛竹和绿竹竹基纤维复合集装箱底板尺寸稳定性和耐水性能 Tab.6The dimensional stability and durability of bamboo fiber-based compositecontainer floorings made from moso bamboo and D.O.bamboo 竹种 Bamboo species 纵向Longitude 横向 Transverse DS /(g·cm-3) HS(%) WA(%) DS /(g·cm-3) HS(%) WA(%) 4 h 24 h 28 h 4 h 24 h 28 h 4 h 24 h 28 h 4 h 24 h 28 h 0.81 8.79 2.45 9.30 51.97 0.06 49.32 0.83 8.96 3.01 9.18 48.56 -0.19 46.49 毛竹 Moso bamboo 0.85 10.68 7.75 11.59 33.11 6.06 27.86 0.86 9.96 7.27 11.41 34.65 4.06 30.50 0.95 10.74 7.16 12.27 26.96 2.90 25.71 0.93 12.12 7.74 13.68 27.90 3.76 23.84 0.81 5.67 1.31 5.72 43.33 0.29 35.19 0.79 5.11 2.23 5.98 46.65 0.31 38.25 绿竹 D.O.bamboo 0.86 5.72 2.05 6.28 30.00 0.44 24.77 0.84 5.59 1.93 5.85 29.71 -0.16 26.71 0.90 6.03 2.94 6.48 24.44 -1.33 22.41 0.90 5.78 2.27 5.49 21.86 -0.42 20.04

从表 6 可以看出，经过28 h 循环水煮处理，绿竹竹基复合集装箱底板吸水厚度膨胀率比毛竹小，随着密度的增加，毛竹竹基纤维复合集装箱底板吸水厚度膨胀率增加，绿竹竹基纤维复合材料变化不明显。

从表 6 还可以看出，在不去竹青和竹黄的条件下，经过纤维化处理后，毛竹和绿竹竹基复合集装箱底板具有良好的尺寸稳定性。绿竹竹基纤维复合集装箱底板密度为0.90 g·cm^-3 时，与绿竹原竹0.58 g·cm^-3 的密度相比，压缩率达到55.17%，经过4 h 的水煮处理后，吸水厚度膨胀率仅为6.03%，即使经过28 h 循环水煮处理，吸水厚度膨胀率在7% 以内，与4 h 水煮的吸水厚度膨胀率相比，增幅在1% 以内，经过(63 ± 3)℃ 干燥处理后，残余变形在3% 以内。

在不去竹青和竹黄的条件下，竹基复合集装箱底板具有良好的耐水性，经过28 h 的循环水煮处理后，绿竹竹基纤维复合集装箱底板的吸水率小于毛竹竹基纤维复合集装箱底板(表 6)。

随着密度的增加，吸水率下降，经过28 h 循环水煮处理与4 h 水煮的吸水率相比，其吸水率减小，减小幅度在1% ～ 4% 之间(表 6)。

生产试验制备的毛竹/ 绿竹复合集装箱底板经国家人造板与木竹制品质量监督检验中心检测，结果如表 7 所示。

表7 毛竹/绿竹复合集装箱底板检测结果 Tab. 7 Testing results of composite containerfloorings made from moso bamboo /D.O.bamboo

表 7毛竹/绿竹复合集装箱底板检测结果 Tab.7Testing results of composite containerfloorings made from moso bamboo /D.O.bamboo 检测项目Test 检测结果Testing results DS /(g·cm-3) 0.93 MC(%) 5.5 MOR /MPa 纵向Longitude 105.6 横向Transverse 59.0 MOE /MPa 纵向Longitude 11 370 横向Transverse 6 000 单个试件胶合强度BS of single specimens /MPa Xmin: 3.24 浸渍剥离Immersion-peel properties 6 个试件的每边的任何一层均无开胶Six specimens on each side of the layer were not open

从表 7 可以看出，毛竹/绿竹复合集装箱底板性能达到或超过了GB /T 19536—2004《集装箱底板用胶合板》标准规定的各项指标要求。因此，竹基纤维复合集装箱底板可以作为传统热带硬木和竹木复合底板的替代品，有助于解决资源短缺及热带雨林生态恶化等问题，是一种新型的高效利用的“绿色”底板。本项技术在福建省建瓯市的福建篁城科技竹业有限公司建成了年生产能力为8 万m³ 的竹基纤维复合集装箱底板生产线，该成果的成功转化对促进我国竹产业的升级及世界集装箱制造业的发展具有重要意义。

以毛竹和绿竹为原料，利用点裂和线裂分离技术，将半圆竹筒经过点裂和线裂分离后形成由竹纤维束组成的网状结构的纤维化单板，经过合理的工艺和结构设计，制成的竹基纤维复合材料小试和生产试验产品的性能均达到或超过了GB /T 19536—2004《集装箱底板用胶合板》标准规定的各项指标要求，在密度等同(0.85 g·cm^-3)的情况下，竹基纤维复合集装箱底板的性能优于阿必通集装箱底板、竹木复合集装箱底板和全竹集装箱底板。因此，采用本技术制造集装箱底板是可行的。

在不去竹青和竹黄的条件下，制造的竹基纤维复合集装箱底板，不仅使毛竹的一次利用率从40% ～ 50% 提高到90%，使尚未工业化利用的绿竹一次利用率也能达到90%，并且其物理力学性能优于毛竹竹基纤维复合集装箱底板，为解决丛生竹的工业化利用提供了新途径。